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BAC Spé Maths 2023 — Métropole J1

Métropole 20 mars 2023
Dérivation et étude de fonctions Fonction logarithme népérien Limites de fonctions

Cet exercice est issu des annales officielles du Baccalauréat Spécialité Mathématiques (Terminale générale), session Métropole J1 2023. Il couvre 3 thèmes : Dérivation et étude de fonctions, Fonction logarithme népérien, Limites de fonctions. L'énoncé est accompagné d'indices progressifs pour guider la réflexion sans donner la réponse, et d'un corrigé détaillé.

On considère la fonction $f$ définie sur $\left]0\,;\,+\infty\right[$ par
$$f(x) = x^2 - 8\ln(x)$$
où $\ln$ désigne la fonction logarithme népérien.
On admet que $f$ est dérivable sur $\left]0\,;\,+\infty\right[$, on note $f'$ sa fonction dérivée.

Question Q1

Déterminer $$\displaystyle\lim_{x \to 0} f(x)$$.

Question Q2

On admet que, pour tout $x > 0$, $f(x) = x^2\left(1 - 8\dfrac{\ln(x)}{x^2}\right)$.

En déduire la limite : $$\lim_{x \to +\infty} f(x).$$

Question Q3

Montrer que, pour tout réel $x$ de $\left]0\,;\,+\infty\right[$, $f'(x) = \dfrac{2\left(x^2 - 4\right)}{x}$.

Question Q4

Étudier les variations de $f$ sur $\left]0\,;\,+\infty\right[$ et dresser son tableau de variations complet.

On précisera la valeur exacte du minimum de $f$ sur $\left]0\,;\,+\infty\right[$.

Question Q5

Démontrer que, sur l'intervalle $\left]0\,;\,2\right]$, l'équation $f(x) = 0$ admet une solution unique $\alpha$ (on ne cherchera pas à déterminer la valeur de $\alpha$).

Question Q6

On admet que, sur l'intervalle $\left[2\,;\,+\infty\right[$, l'équation $f(x) = 0$ admet une solution unique $\beta$ (on ne cherchera pas à déterminer la valeur de $\beta$).

En déduire le signe de $f$ sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$.

Question Q7

Pour tout nombre réel $k$, on considère la fonction $g_k$ définie sur $\left]0\,;\,+\infty\right[$ par :
$$g_k(x) = x^2 - 8\ln(x) + k.$$

En s'aidant du tableau de variations de $f$, déterminer la plus petite valeur de $k$ pour laquelle la fonction $g_k$ est positive sur l'intervalle $\left]0\,;\,+\infty\right[$.

Énoncé : Ministère de l'Éducation nationale — Baccalauréat Spécialité Mathématiques, Métropole J1 2023. Diffusé sous Licence Ouverte 2.0 (Etalab). Indices et correction : © Objectif Maths Tours.
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